大口径钛宝石晶体全频域透射波前误差高精度加工工艺研究

钛宝石晶体是超强、超短脉冲激光振荡源广泛采用的工作物质,其口径大小和表面全频域波面误差决定了超短、超强激光系统的输出能量和光束质量,然而由于大口径钛宝石晶体光学均匀性差及硬度高的特点,其实现高精度透射波前和超光滑表面加工很具挑战性。针对这一问题,设计了线偏振干涉光源检测方法,解决了钛宝石晶体双折射导致的透射波前检测干涉条纹无法解析的问题;基于对钛宝石晶体材料光学均匀性的检测分析,发展了基于单轴机的透射波前快速抛光收敛工艺;通过正交实验和灰关联分析法,利用小磨头抛光工艺实现了钛宝石晶体高精度透射波前低频误差和超光滑表面高频误差的加工;为改善中频误差,发展了基于硅溶胶抛光液的小磨头中频误差光顺工艺。实验结果表明:多手段组合的加工工艺可以实现大口径钛宝石晶体全频域透射波前误差的有效控制,针对直径为120 mm的钛宝石样件,透射波前峰谷值可达0.283λ(λ=632.8 nm),中频功率谱密度无明显的特定频段调制误差,高频表面粗糙度R_q约为0.262 nm,可达到超光滑量级。     

单晶锗光学表面数控高速抛光优化试验

为研究单晶锗镜片表面光洁度无法达到要求的加工技术难题,基于数控高速抛光方法,开展了聚氨酯和沥青两种抛光模的数控高速抛光优化试验,以Preston理论为基础,通过不断优化工艺流程和参数,结合运动轨迹仿真和功率谱密度计算,对比分析了两种抛光模的加工效率和表面质量控制能力.试验结果表明:两种抛光方式均能获得较高的面形精度,聚氨酯抛光模具有较高的加工效率,但光学表面微观形貌控制能力较差,沥青模抛光得到的表面粗糙度RMS相比聚氨酯模提升近3 nm.通过单晶锗光学表面数控高速抛光试验,最终优化并提出了聚氨酯初抛光与沥青精抛光相结合的方式,并进行了试验验证.     

化学机械抛光的钛宝石晶体低损伤加工

针对钛宝石晶体表面低损伤加工进行了系统研究,在CCOS数控小磨头抛光机上进行了正交实验,选用不同的抛光液对钛宝石进行化学机械抛光,有效去除精磨阶段的亚表面损伤,实验证明SiO2硅溶液作为磨料的抛光效果好,适合作为钛宝石加工的抛光液。研究了抛光盘种类、抛光盘压力、抛光盘速度、硅溶胶稀释浓度这四个因素和钛宝石晶体表面粗糙度和表面疵病的关系,并获得钛宝石低缺陷加工过程中工艺参数的影响规律。按照优化后的工艺参数进行实验,获得了低缺陷、高精度的钛宝石表面。运用灰色关联分析法对抛光参数进行优化,在最佳加工工艺组合条件下,得到钛宝石表面粗糙度为0.262 nm,表面疵病率为1.410-3 mm-1。